智能車環(huán)境感知

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能車環(huán)境感知的發(fā)展與現(xiàn)狀自動(dòng)化121 劉勇 在日常生活中汽車將成為私人經(jīng)常使用中重要的部分。然而，他們也帶來很多問題，如交通擁擠和事故。智能汽車的目的是協(xié)助駕駛員更容易駕駛，減少駕駛員的工作量和受傷的機(jī)會(huì)。為了這個(gè)目的，一個(gè)智能的汽車必須能夠感知、分析、預(yù)測(cè)和反應(yīng)道路的環(huán)境，智能汽車的關(guān)鍵特征是語(yǔ)境意識(shí)。一、國(guó)內(nèi)研究概況我國(guó)是世界上公路交通發(fā)展最快的國(guó)家之一 ，汽車保有量迅速增加的 同時(shí)，交通引發(fā)的各種問題尤其是行駛安全問題也日益突出 ，交通事故特 別 是 惡性交通 事故呈不 斷上升趨 勢(shì)，因此研究開發(fā) ITS勢(shì)在必行，而 作為 ITS的 重要組成部 分，智能 車輛

2、研究亦顯得尤 為迫切。 但由于起 步晚，以 及經(jīng)濟(jì)條件的制約，我國(guó)在智能車輛研究領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距 ， 目前開展這方面研究工作的單位主要包括一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu) ，如國(guó)防科 技大學(xué)、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 等。 一汽和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院共同研發(fā)了中國(guó)第一輛 自 主 駕駛車輛 ，如圖 3-4所示 。該自主 駕駛技術(shù)采用最先 進(jìn)的計(jì)算機(jī)視覺 導(dǎo)航方案，能實(shí)時(shí)處理岔道 、斑馬線和虛線，對(duì)車體姿態(tài)變動(dòng)和自然光照 變化都有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力。 19931995年，由南京理工大學(xué) 、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)六所大學(xué)聯(lián)合組成的課

3、題組承擔(dān)了 “地面軍用智 能機(jī)器人”的研究項(xiàng)目，移動(dòng)機(jī)器人的代號(hào)為 7B.8。7B.8 系統(tǒng)的車體選 用國(guó)產(chǎn)躍進(jìn)客貨車改制 ，車上安裝有彩色攝像機(jī) 、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定 位、超聲波傳感器等 。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主 ，采用傳統(tǒng)的“感知 建模規(guī)劃執(zhí)行 ”算法，其直線跟蹤速度達(dá)到 20km/h，避障速度達(dá)到 510km/h。 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室在國(guó)防科工委和 國(guó) 家 863 計(jì) 劃 的 資 助 下 ， 從 1988 年 開 始 研 制 THMR 系 列 移 動(dòng) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 。 THMR-III系統(tǒng)的車體選用 BJ1022面包車，上面安裝有彩色攝像機(jī) 、磁羅盤

4、 光 碼 盤定位、 GPS、超 聲等 傳感器。它的體系 結(jié)構(gòu)以垂直式為主 ，采 用多 層次“感知?jiǎng)幼?”行為控制、基于模糊控制的局部路徑規(guī)劃及導(dǎo)航控制 。 THMR-III自主道路跟蹤時(shí) ，時(shí)速達(dá)到510km/h。THMR-V系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu) 化環(huán)境下的車道線自動(dòng)跟蹤， 準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的道路跟蹤以及復(fù)雜環(huán)境下的道路 避障等功能。 吉 林 大 學(xué) 交 通 學(xué) 院 智 能 車 輛 課 題 組 從 1992年 開 始 一 直 開 展 智 能 車 輛 自主導(dǎo)航研究。在智能車輛的體系結(jié)構(gòu) 、傳感器信息的獲取與處理 、路徑 識(shí)別與規(guī)劃 、智能車輛前方障礙物探測(cè)及車距保持等方面取得一定研究成 果，目前已經(jīng)研

5、制了 4代JUTIV型智能車輛。 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院對(duì)智能車輛的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究， 在智 能車輛的控制體系結(jié)構(gòu)、 路徑圖像識(shí)別和跟蹤控制、路徑規(guī)劃和避障等方面取得 了一定成果。二、研究環(huán)境感知的目的通過性：基于自身行駛性能和共識(shí)規(guī)則，能實(shí)時(shí)、可靠、準(zhǔn)確識(shí)別并規(guī)劃出 可保證規(guī)范、安全、迅速到達(dá)目的地的行駛路徑； 安全性：在行駛過程中，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確識(shí)別出行駛路徑周邊對(duì)行駛安全可 能存在安全隱患的物體，為自身采取必要操作以避免發(fā)生交通安全事故； 經(jīng)濟(jì)性：為提高車輛高效、經(jīng)濟(jì)地行駛提供參考依據(jù)； 平順性：為車輛平順行駛提供參考依據(jù)；行駛路徑：對(duì)于結(jié)構(gòu)化道路而言，包括行車線、道路邊緣、道

6、路隔離物、 惡劣路況的識(shí)別。對(duì)于非結(jié)構(gòu)化道路而言，包括車輛欲行駛前方路面環(huán)境狀況的識(shí) 別和可行駛路徑的確認(rèn)； 周邊物體：包括車輛、行人、地面上可能影響車輛通過性、安全性的其它各 種移動(dòng)或靜止物體的識(shí)別；各種交通標(biāo)志的識(shí)別； 駕駛狀態(tài)：包括駕駛員駕駛精神狀態(tài)、車輛自身行駛狀態(tài)的識(shí)別； 駕駛環(huán)境：包括路面狀況、道路交通擁堵情況、天氣狀況的識(shí)別。三、環(huán)境感知的方法 視覺傳感 基于機(jī)器視覺獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維圖像信息， 通過圖像分析識(shí)別技 術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知。 優(yōu)點(diǎn)：信息量豐富、實(shí)時(shí)性好、體積小 、能耗低。 缺點(diǎn)：易受光照環(huán)境影響、三維信息測(cè)量精度較低。激光傳感 基于激光雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩

7、維或三維距離信息， 通過距離分析識(shí)別技 術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知。 優(yōu)點(diǎn)：能夠直接獲取物體三維距離信息、測(cè)量精度高、對(duì)光照環(huán)境變化不敏 感。 缺點(diǎn)：無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息、體積較 大、價(jià)格昂貴、不便于車載集成。微波傳感 基于微波雷達(dá)獲取車輛周邊環(huán)境兩維或三維距離信息， 通過距離分析識(shí)別技術(shù)對(duì)行駛環(huán)境進(jìn)行感知。 優(yōu)點(diǎn)： 能夠以較高精度直接獲取物體三維距離信息、 對(duì)光照環(huán)境變化不敏感、 實(shí)時(shí)性好、體積較小。 缺點(diǎn)：無法感知無距離差異的平面內(nèi)目標(biāo)信息、國(guó)外成熟產(chǎn)品對(duì)我國(guó)禁運(yùn)而難以獲得。通訊傳感 基于無線、網(wǎng)絡(luò)等近、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)獲取車輛行駛周邊環(huán)境信息。 優(yōu)點(diǎn)：能夠獲取其它傳感手段難以實(shí)現(xiàn)的宏

8、觀行駛環(huán)境信息、可實(shí)現(xiàn)車輛間 信息共享、對(duì)環(huán)境干擾不敏感。 缺點(diǎn)：可用于車輛自主導(dǎo)航控制的信息不夠直接、實(shí)時(shí)性不高、無法感知周 邊車輛外其它物體信息。四、傳感技術(shù)要達(dá)到自主行駛的目的前提是能夠掌握足夠多的信息,這些信息的采集則需要通過各種傳感器來獲得,而數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性直接關(guān)系到?jīng)Q策的成敗。1)雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)是一種主動(dòng)型傳感器,能夠直接測(cè)量距離、速度、方位等,而不需要復(fù)雜的設(shè)計(jì)與繁復(fù)的計(jì)算。此外,在陰雨等惡劣天氣影響下,雷達(dá)系統(tǒng)仍然能夠工作。在各種雷達(dá)系統(tǒng)中,激光雷達(dá)較毫米波雷達(dá)能夠提供更高的精度,但由于成本也很高,其推廣受到一定的阻礙。然而,雷達(dá)系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)。例如:光譜分辨率和掃描速

9、度較低;當(dāng)多個(gè)車輛行駛在同一個(gè)方向上時(shí),多個(gè)雷達(dá)之間會(huì)產(chǎn)生干涉,這是主動(dòng)型傳感器難以回避的問題。2)機(jī)器視覺CCD等成像元件由于無法提供直接的物理數(shù)據(jù),被歸于被動(dòng)型傳感器。但其成本相對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)來說非常低,可以在車輛中安裝多個(gè)攝像機(jī),從不同角度全方位拍攝車外環(huán)境。目前, CCD主要用于提取車道線 5 ,識(shí)別近距離內(nèi)的障礙物、行人、交通信號(hào)等,這些也是主動(dòng)型傳感器無法替代的。其缺點(diǎn)是容易受環(huán)境影響,在能見度較低時(shí)無法使用。可以同主動(dòng)型傳感器結(jié)合使用,取長(zhǎng)補(bǔ)短。3)高精度GPS高精度GPS可以提供準(zhǔn)確的車輛位置、行駛方向、速度、加速度等車輛狀態(tài)信息。配合電子地圖和先進(jìn)的匹配算法能夠提供豐富的道路信息

10、,如,彎道曲率、道路結(jié)構(gòu)等,這是一般傳感器所無法提供的。厘米級(jí)GPS能夠更精確地進(jìn)行車輛定位、道路跟蹤。由于GPS的工作依賴于衛(wèi)星信號(hào),因此,在衛(wèi)星信號(hào)不佳或信號(hào)無法獲取的情況下失效。4)磁道釘磁道釘是一種能夠提供全天候道路指引的技術(shù)手段,且不受天氣的影響。將磁道釘分散布置在道路中,利用磁傳感器采集道路的磁場(chǎng)分布來確定車輛在道路中的位置,必要的話利用計(jì)算機(jī)視覺給予輔助信息,從而完成車輛導(dǎo)航。但這些道路的建設(shè)需要破壞已有的公路地基,且成本較高,該方式的普及也受到了一定的制約。四、整體架構(gòu)智能汽車是許多不同的傳感器、控制模塊和執(zhí)行器等的綜合集成，智能車的駕駛環(huán)境監(jiān)測(cè)，評(píng)估可能的風(fēng)險(xiǎn)，并采取適當(dāng)?shù)男?/p>

11、動(dòng)，以避免或減少風(fēng)險(xiǎn)。每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)著一個(gè)類型中的原子。對(duì)于每種類型的上下文中的原子，一個(gè)描述性的名稱必須是應(yīng)用到指定語(yǔ)境感知中。我們使用本體定義的名稱保證語(yǔ)義的理解和智能汽車共享。對(duì)環(huán)境的感知體系。感知相關(guān)的物理環(huán)境。本體包括天氣的描述，路面條件，交通信息，道路標(biāo)志，信號(hào)燈，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等等。五、汽車的感知體系。車體包括三部分：電力系統(tǒng)，安全系統(tǒng)和舒適系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，油門，動(dòng)力（汽油）等，安全系統(tǒng)包括對(duì)汽車安全的相關(guān)因素的驅(qū)動(dòng)，如在氣囊，安全帶，防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS），導(dǎo)航系統(tǒng)和電子鎖。舒適系統(tǒng)是關(guān)于娛樂設(shè)備，空調(diào)，窗戶等。六、發(fā)展趨勢(shì)由于車聯(lián)網(wǎng)V2X技術(shù)涵蓋汽車、IT、交通、通訊等多個(gè)行業(yè)，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)仍不健全，協(xié)調(diào)式輔助駕駛技術(shù)目前尚未得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。谷歌無人駕駛汽車目前還離不開人的操控，只能按預(yù)定程序行進(jìn)，在霧雪天氣還會(huì)受到干擾，并且在加速、減速及轉(zhuǎn)向時(shí)銜接不太好?？傊?，全工況的無人駕駛技術(shù)仍處于研發(fā)階段，最終的實(shí)用性測(cè)試和驗(yàn)證還需要很長(zhǎng)時(shí)間。智能汽車將改變當(dāng)前汽車交通基礎(chǔ)設(shè)施狀況，影響汽車運(yùn)輸相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。智能汽車的運(yùn)行